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独脚金内酯通过与其他激素的相互作用正向调控棉花黄萎病抗性。

Strigolactones positively regulate Verticillium wilt resistance in cotton via crosstalk with other hormones.

机构信息

State Key Laboratory of Cotton Biology, Academy for Advanced Interdisciplinary Studies, School of Life Sciences, School of Mathematics and Statistics, School of Computer and Information Engineering, Henan University, Kaifeng 475004, China.

Cotton Institution, Kaifeng Academy of Agriculture and Forestry, Kaifeng 475000, China.

出版信息

Plant Physiol. 2023 May 31;192(2):945-966. doi: 10.1093/plphys/kiad053.

Abstract

Verticillium wilt caused by Verticillium dahliae is a serious vascular disease in cotton (Gossypium spp.). V. dahliae induces the expression of the CAROTENOID CLEAVAGE DIOXYGENASE 7 (GauCCD7) gene involved in strigolactone (SL) biosynthesis in Gossypium australe, suggesting a role for SLs in Verticillium wilt resistance. We found that the SL analog rac-GR24 enhanced while the SL biosynthesis inhibitor TIS108 decreased cotton resistance to Verticillium wilt. Knock-down of GbCCD7 and GbCCD8b genes in island cotton (Gossypium barbadense) decreased resistance, whereas overexpression of GbCCD8b in upland cotton (Gossypium hirsutum) increased resistance to Verticillium wilt. Additionally, Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) SL mutants defective in CCD7 and CCD8 putative orthologs were susceptible, whereas both Arabidopsis GbCCD7- and GbCCD8b-overexpressing plants were more resistant to Verticillium wilt than wild-type (WT) plants. Transcriptome analyses showed that several genes related to the jasmonic acid (JA)- and abscisic acid (ABA)-signaling pathways, such as MYELOCYTOMATOSIS 2 (GbMYC2) and ABA-INSENSITIVE 5, respectively, were upregulated in the roots of WT cotton plants in responses to rac-GR24 and V. dahliae infection but downregulated in the roots of both GbCCD7- and GbCCD8b-silenced cotton plants. Furthermore, GbMYC2 suppressed the expression of GbCCD7 and GbCCD8b by binding to their promoters, which might regulate the homeostasis of SLs in cotton through a negative feedback loop. We also found that GbCCD7- and GbCCD8b-silenced cotton plants were impaired in V. dahliae-induced reactive oxygen species (ROS) accumulation. Taken together, our results suggest that SLs positively regulate cotton resistance to Verticillium wilt through crosstalk with the JA- and ABA-signaling pathways and by inducing ROS accumulation.

摘要

由黄萎轮枝菌引起的黄萎病是棉花(棉属)中的一种严重的维管束病害。黄萎轮枝菌诱导参与独脚金内酯(SL)生物合成的棉花(Gossypium australe)中的胡萝卜素环氧化酶 7(GauCCD7)基因表达,表明 SL 在黄萎病抗性中起作用。我们发现,SL 类似物 rac-GR24 增强而 SL 生物合成抑制剂 TIS108 降低了棉花对黄萎病的抗性。在海岛棉(Gossypium barbadense)中敲低 GbCCD7 和 GbCCD8b 基因降低了抗性,而在陆地棉(Gossypium hirsutum)中过表达 GbCCD8b 增加了对黄萎病的抗性。此外,拟南芥(Arabidopsis thaliana)中 CCD7 和 CCD8 假定同源物缺失的 SL 突变体易感性,而拟南芥 GbCCD7 和 GbCCD8b 过表达植株对黄萎病的抗性均高于野生型(WT)植株。转录组分析表明,与茉莉酸(JA)和脱落酸(ABA)信号通路相关的几个基因,如 MYELOCYTOMATOSIS 2(GbMYC2)和 ABA-INSENSITIVE 5,分别在 rac-GR24 和黄萎轮枝菌感染的 WT 棉花根中上调,但在 GbCCD7 和 GbCCD8b 沉默的棉花根中下调。此外,GbMYC2 通过结合其启动子抑制 GbCCD7 和 GbCCD8b 的表达,这可能通过负反馈环调节棉花中 SL 的内稳态。我们还发现,GbCCD7 和 GbCCD8b 沉默的棉花植株在黄萎轮枝菌诱导的活性氧(ROS)积累中受到损害。总之,我们的结果表明,SL 通过与 JA 和 ABA 信号通路的相互作用以及诱导 ROS 积累,正向调节棉花对黄萎病的抗性。

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